技术应用型院校《物理实验》教学改革与探索

杨党强

(上海电机学院,上海 200240)

技术应用型院校《物理实验》教学改革与探索

杨党强

(上海电机学院,上海 200240)

实验教学是大学本科教育极其重要的组成部分,是培养学生创新精神和创新能力的重要环节。分析了“大学物理实验”课程的特点,根据应用型人才培养目标的要求,提出新的教学理念,对教学内容、教学方法进行改革,从而使物理实验教学为专业基础实验课及专业实验课教学服务,为培养合格的人才打好基础。

应用型人才;实验教学;教学方式

技术应用型本科院校培养的是高素质应用型的技术人才。高素质技术应用型人才不仅要求学生要有扎实的理论基础,而且又具有较强的实践能力和动手能力,以适应社会对人才的需求[1]。为此,技术应用型本科院校在教学过程中要注重基础教学,加强实践教学环节。物理实验课程是大学生入学后的第一门也是最重要的一门实践类课程。学生进入大学后,首先要在物理实验中较为系统地接受实验理论、实验方法、实验技能的基本训练[2]。同时实验过程也是树立良好学风,提高科学素质修养的过程。处于大学基础教学阶段的物理实验课肩负重任,为此必须紧紧围绕培养目标,突出办学特色,精心设计物理实验课的整体教学计划。

我校是我国新模式和新体制下的改革试点院校,面向服务于地区经济的技术应用型人才培养。由于学校重视学生技能培养,在大学物理实验室建设经费等方面得到校领导的支持。近年来,学校投入大量资金,用来增添设备和实验室硬件改造。物理实验室以“教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导委员会”关于“大学物理实验教学基本要求”为建设指南,本着知识传授、能力培养、素质提高、协调发展的教育理念,以学生为本,以实验教学为中心,从实验项目设置、实验仪器改造、设备申购、实验教学手段、实验室环境、实验室管理制度、实验室开放等诸方面进行规划、实施。

1 大学物理实验教学改革初探

1.1 分层次建设大学物理实验课程体系

为了使开设的实验项目和选购的仪器设备既符合我校教学实际又能反映国内工科院校目前开设实验的先进水平,有关人员分别到上海交大、同济大学、华东理工大学、上海应用技术学院等高校的物理实验室参观学习。在广泛调研的基础上,根据我校人才培养目标和实际情况,从培养适应社会发展所需要的高素质人才角度出发,将物理实验课程划分成3个不同的层次:基本能力训练实验、综合设计性实验和创新性专题实验。第一层次和第二层次的实验属于计划学时内的教学活动,第三层次的实验作为我校的选修课开设。各个层次按照实验内容的难易程度、测量的难易程度、仪器的综合程度以及人对自然的认知规律紧密衔接,从基本物理量测量开始,一直到真正的创新实践。

第一层次为基本能力训练实验,将一些内容单一、实验方法简单的实验淘汰掉,如固体密度测量、冰的熔解热测量等实验,因为这些实验的内容将融合在后续的综合物理实验内容中,在教材中依然把淘汰的实验写进去,但是在实验课中不对学生开出,以便学生了解这些内容。把涉及物理实验基本理论、基本物理量的测量、基本仪器的使用、基本的物理实验方法、基本数据处理的10余个实验项目作为基本能力训练实验,如用示波器测量相位差、频率和电感、用分光计测量光波波长等实验,并引进先进的实验仪器,主要对学生进行基本实验技能和数据处理方法的训练。

第二层次为综合、设计、近代物理实验。学生在第一层次物理实验平台进行了一定的基础操作训练后,面对不同专业、不同研究方向的学科,分门别类的开设综合、设计、近代物理实验,进行第二层次的培养。其中综合、设计性实验占大部分,基本思路是“模块化,开放式”,即对不同专业依据专业方向予以不同程度的综合性、设计性实验项目,依据学生学习需要,学生自主选择,自行完成实验。但总体上设计性实验要求选题不能偏难,从基本原理入手进行实验方案的设计。学生不能像基本实验那样处于被动、消极的地位,依赖书本,“照方抓药”,而要把动手、动脑结合起来。近代物理实验是近代科学的结晶,是物理学的前沿科学,学生为适应时代的要求,了解近代科学首先须掌握近代物理实验。

第三层次为创新性专题物理实验。将一些理论比较高深、专业方向相同的同类实验和与教师科研内容结合的实验组成6个创新性专题物理实验,以便高年级实验基础好和有兴趣进行课外科技活动的学生对这些专题问题进行深入的研究,培养学生的创新能力。例如将综合物理实验中有关传感器的所有实验组成传感器系列专题实验,让学生对传感器及其应用有深入的理论和实验研究;与教师科研相关的“光伏电池专题物理实验”,如:薄膜光伏电池的制备、光伏电池转换效率的测量、光伏电池光谱特性的研究等。通过这些内容的研究,学生不仅对光伏电池有了深入的了解,而且对相关的物理实验测试方法也进行了实践,进而对科学研究的过程有了较为完整的了解和实践。

创新性物理实验中,学生也可以自带项目以课题形式出现,有些项目可能来自综合设计性物理实验,有些可能来自日常生活或生产实习第一线。在做完一、二层次的物理实验之后,学生可以提出题目,实验室安排指导教师,提供场地及必要实验条件,一个学期或两个学期完成,并最终以论文、仪器、材料等形式完成题目,例如上海市大学生科技创新项目“聚光光伏发电装置”就是按此方式完成的。

1.2 建立仿真实验,充分发挥仿真实验的功能

计算机仿真实验将仿真虚拟实验与现实实验相结合,大大拓展学生的学习视野和学习途径[4]。随着科学的进步,要想在实验学时内把学到的经典、现代物理实验全部通过操作让学生去做是不可能的,因此通过计算机仿真,把一些实验传授给学生,既可以节省时间,又可以达到预期效果。我们通过购买外校优秀的实验教学课件和自己开发相结合,目前,可开设计算机仿真实验46项供学生根据个人兴趣和专业方向选择,这些实验含有普通物理实验、近代物理实验、综合设计性实验及部分演示实验,其主要功能一是便于学生实验预习和实验后的复习;二是可以方便、低成本地更新实验内容,保持实验内容的先进性;三是实验室中,不可能所有实验设备都具备,有了仿真实验室,学生通过仿真,就可以拓宽知识面,弥补设备不足的缺点。通过计算机仿真,学生也能掌握一些相关的操作技能。学生可以在校内外登陆物理实验教学网站预习、复习实验及进行仿真实验。

1.3 建立物理演示实验室

物理演示实验是通过对具体物理现象的展示,将抽象的理论形象化,帮助学生观察物理现象,增加感性认识,提高学习兴趣和物理思维能力的重要教学手段[5]。它因操作简便、内容丰富、效果显著、现象精彩而越来越受到广大师生的欢迎。我们在演示实验室的建设中,从制订建设方案到建设的整个过程中,始终以高标准选取实验项目、选择实验仪器,要求所购仪器要能清晰明了地说明相应物理规律,凸显某一物理规律的本质;仪器要能培养学生的实践能力,启迪创新思维,发展创造能力,全面提高学生的科学素质;实验要能拓展学生的思路,开阔学生的眼界,学生看了演示实验后有耳目一新的感觉,有的实验甚至能让学生终身难忘;使用者对其工作原理和操作方法能熟记于心,通过教师的简要讲解或演示,学生能很快明白该实验的物理原理;仪器演示效果明显,便于观察,能让多人同时观察演示的全部过程;实验内容要使参观者感兴趣,要对他们产生较强的吸引力,使他们有兴趣去探究物理规律。随着时代的进步,物理演示实验也在不断发展和更新,其内容丰富、形式多样,根据我校自身的特点,在物理课程中,按知识点的分布,有针对性地选购了一定的演示实验,主要有:转动惯量、刚体转动、共振系列、横驻波和纵驻波、高压放电、避雷针、静电风轮、平行板电容器的电场分布、光栅立体画等演示实验。这些演示实验个个生动有趣,学生看了会产生强烈的求知欲、探索欲,能给学生留下深刻的印象。在强调素质教育和高等教育大众化的今天,将演示实验渗透到物理教育中,能使大学物理教育变得形象直观、丰富多彩,使学生更喜欢物理,更热爱科学,提高学生的理论课学习兴趣。

1.4 采用开放式教学方法

所谓开放式教学就是实验老师不讲,学生通过提前预习,带着问题来实验室,由学生自己独立做实验,老师仅给予学生起点化作用。为了提高学生分析和解决实际问题的能力,采用了开放式的教学方法,启发颇大,受益匪浅。首先,学生要提前预习下次实验项目内容,根据开放式教学方法与特点,学生在做实验过程中,会遇到很多疑难和棘手问题,这样就可以督促学生间进行讨论,以及学生和老师间的不断交流,无意中就会促使学生养成思考、探索疑难问题的兴趣,激活学生创新思维。开放式教学方法本身还蕴涵着讨论这一环节,有利于发挥每一位同学的聪明才智,解决相互间发现的问题,提高学生解决实际问题的效率、质量和能力。实践证明,采用这种教学方法,教学效果明显,激发学生巨大的创意兴趣。对于有的实验项目,不但采用了开放式教学的教学方法,同时,还要求同学们用计算机当场处理实验数据,当场交实验报告。这样做,不但可以提高实验效率,缩短创意时间,而且,还非常有利于培养学生自主学习、独立完成实验的能力。比如,在密里根油滴实验中,就采用了这种教学方法,起到了非常好的效果。

1.5 改革实验教学方法和手段

现代教育技术的不断发展和完善,给实验教学方法和手段的改革提供了一条有效的途径和强有力的技术支撑[6]。实验教学改革过程中,会遇到各种问题。(1)物理实验课程为公共基础实验课程,学生人数很多,大量增加实验教师的工作量;(2)有些实验在实际操作过程中难以观察,学生难以理解。要解决这些问题,必须积极引入现代的教育技术,改革教学方法和手段,充分利用多媒体教学设备。在实验教学中,利用制做的多媒体教学课件代替教师讲解,学生做实验之前先看多媒体课件,然后自己动手操作。实验过程中学生也可随时方便地反复查看未理解的多媒体课件内容。这样既灵活方便,不受教师讲解的限制,又可减轻由于实验室开放给教师和工作人员带来的工作量,有利于培养学生的独立实验能力。

2 结 语

本文依据技术应用型本科院校培养高素质应用型人才的办学定位,把学生创新精神与实践能力的培养贯穿于整个实验教学过程中,优选物理实验课的教学内容,改进和突破传统的教学模式,运用灵活多样的教学形式,精细地策划物理实验课的每一教学环节,优化实验整体教学,使物理实验课成为培养技术应用型人才的实验基地,这对培养应用型人才教学改革具有十分重要的意义。

[1]钱秀芹,李世有.物理实验课在应用型人才培养教学设计[J].中国大学教学,2006(8):21-23.

[2]耿完桢,金恩培,赵海发,等.我国工科物理实验教学的现状及改革方向探索[J].物理实验,2001(2):28-30.

[3]张新友.关于高校创新性实验教学的思考[J].实验室研究与探索,2005,24(6):68-69.

[4]王晓蒲,霍剑青,杨旭,等.大学物理仿真实验和教学实践[J].物理实验,2004(1):28-29.

[5]郑桂容,谢伟.演示实验在物理教学中的作用[J].黄冈师范学院学报,2007(6):34-35.

[6]魏建宇,李桢,李喜贵,等.物理实验培养应用型创新人才教学方法研究[J].实验室研究与探索,2006,24(10):81-82.

Teaching Reforms of the Course of“Physical Experiment of College”of Technical Applied Undergraduate Universities

YANG Dang-qiang

(Shanghai Dianji University,Shanghai 200240)

Experimental teaching is an important part of undergraduate education and a key step in cultivating creativity and innovation in students.This paper analysis of the characteristic of the course of physical experiment of college,and puts forward the new teaching concept,based on the requests of practice-oriented talents’training objectives.It suggests reforms of teaching content and methods,and transmit physical experiments tOserve for major basics and major experimental teaching,which will lay a solid foundation for cultivating qualified talents.

applied talent person;physical experiment of college;experimental teaching;teaching method

G642

A

1007-2934(2011)03-0102-03

2011-01-25